(57)【要約】【課題】タービンロータを回転駆動した低温の排気とタービンロータをバイパスさせた高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することが可能な内燃機関の過給システムを提供する。【解決手段】排気通路２に排気浄化触媒３が設けられた内燃機関１に適用され、排気浄化触媒３よりも上流側にタービン１１が配置されるとともに、タービン１１からはタービンロータ１３を回転駆動した排気が所定方向に旋回しつつ排出されるターボ過給機１０を備えた内燃機関の過給システムにおいて、ウェイストゲートポート１９を通過した排気はタービンロータ１３を回転駆動した排気が導かれる排気出口部１８の外周に設けられたウェイストゲート通路２０に導かれ、ウェイストゲートポート１９のウェイストゲート通路２０側の端部１９ａはウェイストゲートポート１９から排気が所定方向とは反対の逆方向に旋回しつつ排出されるように設けられている。【選択図】図１
2010190113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、
前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流側の区間にタービンが配置されるとともに、前記タービンからはタービンロータを回転駆動した排気が所定方向に旋回しつつ排出されるターボ過給機を備えた内燃機関の過給システムにおいて、
前記タービンには、前記タービンロータを回転駆動した排気が導かれる排気出口部と、前記タービンに流入した排気を前記タービンロータが収容されたロータ収容部を迂回して前記排気出口部の径方向外側に設けられた高温排気出口部に導くバイパス通路と、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部を開閉するバイパス弁と、が設けられ、
前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記バイパス通路から排気が前記所定方向とは反対の逆方向に旋回しつつ排出されるように設けられている内燃機関の過給システム。
【請求項２】
前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記タービンロータの回転軸線と直交する面に対して傾いて設けられている請求項１に記載の内燃機関の過給システム。
【請求項３】
前記排気出口部の外周には、全周に亘って前記高温排気出口部と前記排気出口部とを区分する隔壁が設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、その排気浄化触媒の上流にタービンが設けられるターボ過給機を備えた内燃機関の過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路に排気浄化触媒が設けられ、その排気浄化触媒の上流にターボ過給機のタービンが設けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関において、排気浄化触媒を暖機する場合にはタービンに設けられたウェイストゲートバルブを開けてタービンロータを迂回した排気を排気浄化触媒に導き、これにより排気浄化触媒の暖機を促進するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５４０５１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０３３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のようにタービンにてタービンロータを回転駆動した後の排気の温度と、タービンロータを回転駆動する前の排気の温度とは大きな差がある。特許文献１の内燃機関では、タービンロータを回転駆動する前の排気、及び回転駆動した後の排気の両方を排気浄化触媒に流入させているが、一般にタービンと排気浄化触媒との間の距離が車両への搭載上長く取れないため、これらの排気が十分に混合されないまま排気浄化触媒に流入するおそれがある。この場合、排気に温度分布が生じるので、この排気が流入する排気浄化触媒にも温度分布が生じ、排気浄化触媒の劣化が進行するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、タービンロータを回転駆動した低温の排気とタービンロータをバイパスさせた高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することが可能な内燃機関の過給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の過給システムは、排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流側の区間にタービンが配置されるとともに、前記タービンからはタービンロータを回転駆動した排気が所定方向に旋回しつつ排出されるターボ過給機を備えた内燃機関の過給システムにおいて、前記タービンには、前記タービンロータを回転駆動した排気が導かれる排気出口部と、前記タービンに流入した排気を前記タービンロータが収容されたロータ収容部を迂回して前記排気出口部の径方向外側に設けられた高温排気出口部に導くバイパス通路と、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部を開閉するバイパス弁と、が設けられ、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記バイパス通路から排気が前記所定方向とは反対の逆方向に旋回しつつ排出されるように設けられている（請求項１）。
【０００７】
本発明の過給システムによれば、排気出口部から排出される排気、すなわちタービンロータを回転駆動した低温の排気（以下、低温の排気と称することがある。）は、所定方向に旋回しつつタービンから排出される。一方、バイパス通路を通過した排気、すなわちタービンロータをバイパスした高温の排気（以下、高温の排気と称することがある。）は、低温の排気の旋回方向とは反対の逆方向に旋回しつつタービンから排出される。このように低温の排気と高温の排気とを互いに反対方向に旋回させることにより、合流したときに発生する排気の衝突による乱れを大きくすることができる。そのため、これらの排気が合流したときにこれらの排気を速やかに混合させることができる。従って、これら低温の排気と高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することができる。また、これにより排気浄化触媒に各所の温度が均一化された排気を流入させることができるので、排気浄化触媒の劣化を抑制することができる。
【０００８】
本発明の内燃機関の過給システムの一形態において、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記タービンロータの回転軸線と直交する面に対して傾いて設けられていてもよい（請求項２）。このようにバイパス通路の高温排気出口側の端部を設けることにより、容易に高温の排気を旋回させることができる。
【０００９】
本発明の内燃機関の過給システムの一形態において、前記排気出口部の外周には、全周に亘って前記高温排気出口部と前記排気出口部とを区分する隔壁が設けられていてもよい（請求項３）。このように隔壁で区分することにより、ロータ収容部から排出された低温の排気とバイパス通路の高温排気出口側の端部から排出された高温の排気とが排出された直後に互いに干渉し合うことを防止できる。そのため、低温の排気と高温の排気とでそれぞれ強い旋回流を形成することができる。これによりこれらの排気が合流して衝突したときの乱れをより大きくすることができる。従って、隔壁の下流側端部を通過して合流したときに低温の排気及び高温の排気を速やかに混合させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の過給システムによれば、タービンロータを回転駆動した低温の排気とタービンロータをバイパスした高温の排気とを互いに逆向きの方向に旋回させることができる。そのため、これらの排気を合流させたときにこれらを速やかに混合させることができる。従って、これら低温の排気と高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一形態に係る過給システムが組み込まれた内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１のII−II線におけるタービンを排気流れの下流側から見た図。
【図３】図２のIII−III線におけるタービンの断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一形態に係る過給システムが組み込まれた内燃機関の要部を示している。この内燃機関１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、排気通路２を備えている。排気通路２には、ターボ過給機１０のタービン１１と、排気を浄化するための排気浄化触媒３とが設けられている。タービン１１は、排気浄化触媒３よりも排気流れの上流側に配置されている。ターボ過給機１０は、内燃機関１の吸気通路に設けられるコンプレッサ１２と、タービン１１のタービンロータ１３とコンプレッサ１２のコンプレッサロータ１４とをこれらが一体回転するように連結するロータ軸１５と、ロータ軸１５を回転自在に支持するセンターハウジング１６とを備えている。なお、これらの部分は周知のターボ過給機と同じでよいため、詳細な説明は省略する。
【００１３】
タービン１１には、タービンロータ１３が収容されたロータ収容部１７と、ロータ収容部１７と接続された排気出口部１８と、タービン１１に流入した排気をロータ収容部１７を迂回して下流に導くバイパス通路としてのウェイストゲートポート１９と、ウェイストゲートポート１９が接続された高温排気出口部としてのウェイストゲート通路２０とが設けられている。排気出口部１８には、ロータ収容部１７から排出された排気、すなわちタービンロータ１１を回転駆動した低温の排気が導かれる。この際、低温の排気はタービンロータ１１の回転方向と同じ方向に旋回しつつ排気出口部１８に導かれる。図２は、図１のII−II線におけるタービンを排気流れの下流側、すなわち図１の右側から見た図を示している。この図に示したようにウェイストゲートポート１９のウェイストゲート通路２０側の端部１９ａは、排気出口部１８の径方向外側に設けられている。また、ウェイストゲート通路２０は、排気出口部１８の外周に全周に亘って設けられている。ウェイストゲートポート１９のウェイストゲート通路２０側の端部には、この端部を開閉するバイパス弁としてのウェイストゲートバルブ２１が設けられている。図３は、図２のIII−III線におけるタービン１１の断面を示している。この図に示したようにウェイストゲートポート１９のウェイストゲート通路２０側の端部１９ａは、タービンロータ１１の回転軸線Ａｘと直交する面に対して傾くように設けられている。この端部１９ａはウェイストゲートポート１９から排出された排気がタービンロータ１１の回転方向とは反対の逆方向に旋回する方向に傾いている。また、排気出口部１８の外周には、全周に亘って隔壁２２が設けられている。この隔壁２２は、排気出口部１８とウェイストゲート通路２０とを区分する。
【００１４】
このタービン１１では、ウェイストゲートバルブ２１が開いた場合、ロータ収容部１７から排出された低温の排気と、ウェイストゲートポート１９にてロータ収容部１７を迂回した高温の排気とがタービン１１から排出される。この際、ロータ収容部１７から排出された低温の排気は、図１及び図２に矢印Ｆ１で示したようにタービンロータ１１の回転方向と同じ方向に旋回しつつ排気出口部１８から排気通路２に排出される。一方、ロータ収容部１７を迂回した高温の排気は、図１及び図２に矢印Ｆ２で示したようにタービンロータ１１の回転方向、すなわち低温の排気の旋回方向とは反対の逆方向に旋回しつつウェイストゲート通路２０から排気通路２に排出される。このように低温の排気と高温の排気とを互いに逆方向に旋回させることにより、これらの排気が合流したときに発生する排気の衝突による乱れを大きくすることができる。そのため、これらの排気を速やかに混合することができる。
【００１５】
このように本形態の過給システムによれば、ロータ収容部１７を通過した低温の排気とロータ収容部１７を迂回した高温の排気とを互いに逆方向に旋回させることができるので、これらの排気が隔壁２２の下流側端部を通過して合流したときにこれらの排気を速やかに混合させることができる。そのため、これら低温の排気と高温の排気とを排気浄化触媒３に到達するまでに速やかに混合することができる。これにより排気浄化触媒３に各所の温度が均一化された排気を流入させることができるので、排気浄化触媒３の劣化を抑制することができる。
【００１６】
また、本形態の過給システムでは、排気出口部１８の外周に全周に亘って排気出口部１８とウェイストゲート通路２０とを区分する隔壁２２を設けたので、ウェイストゲートポート１９のウェイストゲート通路２０側の端部１９ａから出た直後の高温の排気とロータ収容部１７を通過した低温の排気とが合流することを防止できる。そのため、高温の排気にて強い旋回流を形成することができる。また、同様に低温の排気によっても強い旋回流を形成することができる。そして、このように各排気によって形成される旋回流をそれぞれ強めることにより、これらの排気が合流したときに発生する排気の衝突による乱れをさらに大きくすることができる。そのため、さらに速やかにこれら低温の排気と高温の排気とを混合することができる。
【００１７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、排気出口部とウェイストゲート通路とを区分する隔壁は無くてもよい。また、ウェイストゲートバルブは、排気浄化触媒を暖機するときに開弁されるように制御されてもよい。
【符号の説明】
【００１８】
１  内燃機関
２  排気通路
３  排気浄化触媒
１０  ターボ過給機
１１  タービン
１３  タービンロータ
１７  ロータ収容部
１８  排気出口部
１９  ウェイストゲートポート（バイパス通路）
１９ａ  ウェイストゲートポートのウェイストゲート通路側の端部
２０  ウェイストゲート通路（高温排気出口部）
２１  ウェイストゲートバルブ（バイパス弁）
２２  隔壁
Ａｘ  回転軸線
【図１】
2010190113.tif 000003
【図２】
2010190113.tif 000004
【図３】
2010190113.tif 000005